基于虛擬化技術的容災備份系統研究及建設

周 輝

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

近年來，各行各業的信息化水平經歷了爆炸式的發展，信息部門已經由原來的支持部門成為重要的支撐部門。由此產生的海量業務數據也增加了企業在數據處理、保存以及安全方面的壓力，尤其是在經歷諸如汶川地震及日本福島核危機等天災人禍后，更為企業敲響了警鐘。

電力企業經過多年的信息化建設，目前運行的重要信息系統包括辦公自動化（OA）、企業資源管理系統（ERP）、電力生產管理系統、企業知識管理系統及其他輔助信息管理系統等。信息系統的應用已滲透到企業經營管理的每一個環節，信息數據是公司生產經營中重要的決策依據，如何保證相關數據的正確性與完備程度也日漸重要，提高信息系統的業務連續性，保證關鍵業務的不間斷運行，保證數據的一致性和完整性，就成了企業備份系統建設的重要目標。

1 系統改造前的現狀分析

為充分保證數據的安全穩定，在實施虛擬備份之前，已建立了以NetBackup（簡稱NBU）備份管理軟件和磁帶庫為基礎的自動化數據備份/歸檔系統，通過實踐逐步形成了完整、有效的數據備份策略。但是，隨著電力企業業務的不斷擴展以及知識成果的迅速積累，該系統在新的環境中逐漸顯得力不從心，主要表現在以下2個方面∶

（1）原有的物理帶庫在大的工作負荷下易發生故障，造成備份業務中斷。備份產生的磁帶介質管理起來較為繁雜，且對保存環境的要求比較苛刻，溫度、濕度、粉塵以及電磁等都會影響磁帶上保存的數據。

（2）采用物理磁帶備份的速度過于緩慢，大容量數據備份要花費數小時的時間。為此采用了多種優化方式，比如加大備份緩存，修訂備份策略使任務能夠多驅動器并列運行，利用工間時間備份等，但這些手段使得備份策略變得越來越復雜，且備份時間的改善效果并不明顯。

2 系統的改造

2.1 系統改造的原則

隨著信息數據量的不斷增加，要求建設一個具有更高可用性的數據保護系統，即使出現異常情況，也可以實現業務系統的快速恢復，將損失降到最低，保障業務系統的連續性。以當前“Net-Backup備份管理軟件加物理磁帶庫”的模式為基礎，從成本效益以及滿足業務需求的角度，提出系統改造的幾項原則：

（1）應能夠實現更高的讀寫速率，且具有更高的可靠性和安全性。

（2）應盡可能地利用原有體系的資產，從而節省成本并避免重復投資。

（3）應照顧現有配套人員的使用習慣和經驗積累。

（4）應具有足夠的擴展性，從而將現有所有業務納入統一保護體系，且滿足未來5年內業務增長的需求。

2.2 系統改造后的優勢

根據上述原則，在經過大量的技術調研工作后，確定采用虛擬帶庫技術（Virtual tape library，簡稱VTL）來解決當前備份系統中存在的問題。虛擬帶庫比傳統物理帶庫的管理更加簡化，安全性更高，性能瓶頸也得到解決，具備完善的功能，成本卻更低。系統改造后的優點主要體現在：

（1）安全性、可靠性。從數據的安全性出發，虛擬帶庫的訪問與磁帶類似，天生具備免疫能力。用戶不能直接訪問虛擬磁帶，被病毒感染的文件也不會將病毒傳染給虛擬磁帶存儲的數據，確保備份的數據更安全可靠。同時，虛擬帶庫采用基于獨立冗余磁盤陣列（RAID）技術保護磁盤，提高了可靠性。

（2）性能和容量可按需擴展。虛擬帶庫采用和物理帶庫相同的訪問模式，避免直接磁盤備份存在的安全、性能瓶頸等方面的負面影響，可以充分發揮出磁盤備份的性能優勢。而且，新一代虛擬帶庫性能有了大幅度的提高，其并行技術可同時支持多臺虛擬帶庫控制器并行工作，并保持高效的吞吐能力。同時，容量和性能可以同步或獨立提升，實現超寬范圍的容量擴展，為用戶提供更靈活和高效的升級選擇。

（3）管理、維護簡單，成本更經濟。新一代虛擬帶庫的仿真磁帶庫工作模式通過備份管理軟件即可統一管理，其兼容性和集成性好，無需改變備份策略。在存儲區域網絡（SAN）環境下，輕松實現設備共享、易于管理和使用。在后期維護上，作為間接磁盤備份設備，由于減少了物理磁帶庫的諸多機械故障，其維護成本也更加低廉。

在保持穩定安全的前提下，在現有備份體系中新增1套虛擬帶庫作為一級備份設備，而原有的物理磁帶庫保持不變，和虛擬帶庫形成并聯關系，如圖1所示。日常的主要備份工作由虛擬帶庫承擔，保證高效率和可靠性；使用頻率低或者需要長期保存的數據由虛擬帶庫歸檔到原物理帶庫，不影響業務主機和網絡的運行。這種方式充分利用了原有的軟件和硬件資產，使虛擬帶庫和物理帶庫各展所長，完美地體現數據分級存儲的理念。

圖1 備份系統的聯接

虛擬帶庫通過光纖網卡（FC）接口直接連入主備服務器（Master Server）后端的主機總線適配器（HBA）卡，與原有的物理磁帶庫形成并聯關系。Master server是專職備份服務器，并沒有業務數據，所有客戶端的業務數據都是通過1Gb以太網首先傳送到Master Server，然后由Master server負責寫入到虛擬帶庫。同時通過NBU備份軟件實現同步備份在傳統物理磁帶庫上，避免資源的閑置，提高數據的安全保障。

3 改造成果

系統改造后一年多以來，從以下幾個方面對系統進行評測，認為該方案切實解決了企業前期備份系統所存在的問題，實現系統建設初期制定的目標。

（1）針對 Oracle數據庫、SQL server數據庫以及普通文件系統分別進行備份和恢復性能的測試。該方案目前配置性能高達600 Mb/s，幾百Gb的數據可在幾分鐘內備份完成。該方案支持網格結構，單臺設備內可以實現16個機頭并列運行，實現9600 Mb/s的速率，為未來數據量大幅度增加奠定備份基礎。

（2）通過人工制造故障（如切斷單路電源、光纖通道、拔除磁盤等），測試產品在發生故障時的容錯能力。系統從電源、風扇到磁盤、FC通道、HBA卡等都采用冗余結構，移除任意一路電源、FC通道、磁盤等部件都能正常工作。在方案的整體設計上，采用虛擬帶庫和物理帶庫并聯方式，任何一款設備故障都可以由另一款暫代工作，有效解決了備份系統整體的可用性和可靠性問題。

（3）驗證在虛擬帶庫發生系統錯誤或者磁盤、磁盤控制器損害時是否能保證數據的安全性。由于磁盤是封閉式的電子設備，且有RAID6保護以及完善的報警機制，存儲的數據無疑更加安全。而虛擬帶庫產品提供“Save configure”功能，只要將VTL的配置保留1份副本，即使機頭發生崩潰也可以保證安全取回數據。

4 結語

實際使用經驗表明，在原有物理備份的基礎上升級完成虛擬化備份平臺建設，改善和優化了備份框架，提升了數據備份和恢復的能力，增強了業務系統穩定可靠的運行能力，為信息化快速發展提供了堅實的基礎。同時，其良好的可擴展性，可以滿足數據增長后系統性能提高、磁帶擴容和新帶庫添加等的新需求。

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